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CAPITULO IV DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL REACTOR UASB
4.1 ESTUDIO DE LA ZONA DEL PROYECTO
4.1.1 Generalidades
El departamento de Cochabamba (Fig. 4.1) se encuentra ubicado en la franja central del
territorio boliviano correspondiente a la zona Subtropical, con un clima templado (Montes de
Oca, 1997). Según el último Censo de 1992 la II Sección Sipe Sipe de la Provincia de
Quillacollo tiene una población de 26.652, de los cuales 11.481 cuentan con agua potable y
6.480 con alcantarillado (INE, 1998).
Fig. 4.1 Departamento de Cochabamba
Fuente: INE (1998).
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4.1.2 Localización de la zona del proyecto
La zona de Mallco Rancho se encuentra ubicada al oeste de la Provincia de Quillacollo a los
17º 24’ de latitud sur y a los 66º 21’ de latitud oeste y a una altura media de 2553 m.s.n.m.
(Montes de Oca, 1997).
En la Fig. 4.2 se puede observar un mapa de la Provincia Quillacollo con sus 4 diferentes
Secciones. La Fig. 4.3 muestra la localización de la población de Mallco Rancho y en la Fig.
4.4 se observa un esquema del Centro Educativo y del Hospital.
Fig. 4.2 Provincia de Quillacollo con sus diferentes secciones
Fuente: INE (1998).
La zona específica del proyecto viene a ser delimitada por un establecimiento educativo de
régimen fiscal, el “Centro Educativo Boliviano-Americano” y por el Centro Hospitalario
“Orlando Taja”, administrado por la ONG “APSAR” (Asociación de Proyectos en Salud en el
Area Rural).
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Fig.
4.3
Ubi
caci
ón g
eogr
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a de
Mal
lco
Ran
cho
Fuen
te: S
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ía d
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N
Fig. 4.3 Ubicación geográfica de Mallco Rancho
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Fig. 4.4 Centro Hospitalario “Orlando Taja” y Centro Educativo Boliviano Americano
4.1.3 Servicios públicos existentes en la zona
La zona donde funcionan ambos Centros cuenta con los servicios de Energía Eléctrica,
Servicio Telefónico. El agua potable proviene de un pozo excavado (Anexo II) ubicado en los
predios del Hospital, a partir del cual se abastece a la población y al Hospital mediante un
63.5 65m
18.03m
9.42
m
13.99m8.55
m 21.13m
7.5m
16.68m10.2
5m 14.63m
7.7m
23.62m
20.1
4m
25.36m 4.04
m
QUIROFANO
SALU
DR
EPRO
DU
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A
EDIF
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ION
N
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A
SALA DEINTERNACIONES
CO
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CENTRO DECAPACITACION
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AULASINTERMEDIO
AULASBASICO
AULASBASICO
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DE
PO
RTI
VA
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tanque elevado de 32 m3 y también al Hospital para lo cual cuenta con un tanque subterráneo
de 12 m3 para almacenar el agua destinada a los servicios básicos del Centro (Fotografía 4.1).
Fotografía 4.1 Predios del Centro Hospitalario “Orlando Taja”
4.2 DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO
4.2.1 Obtención de datos
Se obtuvieron datos sobre población (Anexo II), dotación de agua potable suministrada
(Anexo III) y sobre el caudal de agua residual producido(Anexo IV). Se tomaron muestras del
agua residual en dos cámaras de inspección previas a los pozos de absorción, que
posteriormente se analizaron en el PASA (Tabla 4.1).
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Tabla 4.1 Resultados del análisis del agua residual
Parámetro Cámara de inspección previa al pozo de absorción
DQO mg/lt 393 DBO mg/lt 268 SSed. ml/lt 0,3 ST mg/lt 855,0 SF mg/lt 770,0 SST mg/lt 85,0 N-NH3 mg/lt N. D. P mg/lt 75,9 Conductividad umho/cm2 889,8 Temperatura ºC 24,5 pH 7,6 Alcalinidad mg/lt 391,0
N. D.: No detectable por el método.
Fuente: PASA (1998).
4.2.1.1 Temperatura del ambiente
Las temperaturas medias mensuales de la Provincia de Quillacollo, se pueden observar en la
Fig. 4.5.
VARIACION DE LA TEMPERATURA AMBIENTE
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
ene-
97
mar
-97
abr-
97
jun-
97
ago-
97
sep-
97
nov-
97
ene-
98
feb-
98
abr-
98
jun-
98
jul-9
8
sep-
98
nov-
98
Mes
Tem
pera
tura
(°C)
Máxima Mínimo Media Fig. 4.5 Temperaturas medias del ambiente Provincia Quillacollo, años 1997 y 1998
Fuente: Observatorio de Pairumani (Provincia Quillacollo).
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4.2.1.2 Población de diseño
La población de diseño (equivalente) es de 96 personas. Los datos obtenidos de población en
la zona del proyecto se presentan en detalle en el Anexo II.
4.2.1.3 Medición de caudales de agua potable consumida y agua residual producida
Para determinar el caudal de diseño se realizó mediciones del volumen de agua potable
consumida por ambos Centros, siguiendo dos procedimientos:
➪ Medición del volumen de agua potable consumida por descenso del nivel de agua en el
depósito subterráneo del Centro Hospitalario.
➪ Medición directa del caudal de agua residual.
Los cálculos para la determinación del caudal de agua residual en función a la relación agua
potable/agua residual (las tasas de consumo percápita se obtuvieron del Reglamento Nacional
de Instalaciones Sanitarias Domiciliarias, 1994) se presentan en el Anexo IV, se presentan
también los resultados obtenidos por medición directa en una cámara de inspección.
El volumen de agua potable consumida, resulta ser en este caso, el método más aproximado
para calcular el volumen de agua residual generado. El caudal de diseño asumido es el caudal
promedio con un valor de 0,314 m3/h (caudal máximo de 0,407 m3/h y mínimo de 0,185 m3/h).
Este caudal corresponde a un TRH promedio, lo cual es más significativo desde el punto de
vista de la eficiencia del proceso, que funciona mejor a TRH mayores y por tanto a caudales
menores.
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4.2.2 Definición del diagrama de flujo del sistema de tratamiento
4.2.2.1 Inspección sanitaria
Como resultado de las inspecciones realizadas se observó muchas características del
funcionamiento de los sistemas de distribución de agua potable, sistema de alcantarillado y
sistema de disposición de las aguas residuales, estas se detallan en los siguientes subtítulos.
4.2.2.1.1 Sistema de distribución de agua potable
El sistema de distribución de agua potable tiene su fuente de abastecimiento en un pozo
perforado de 100 metros de profundidad (Anexo III) que se encuentra en los predios del
Centro Hospitalario. A partir de allí se bombea a un tanque elevado de 32 m3, de donde se
suministra el agua necesaria para el funcionamiento de todo el Centro Hospitalario y del
Centro Educativo. Existe una línea de distribución para dotar de agua a la población de Mallco
Rancho.
La calidad del agua potable utilizada se controla periódicamente enviando muestras al PASA,
teniendo las características adecuadas para su consumo.
4.2.2.1.2 Sistema de alcantarillado
El sistema de alcantarillado del Centro Hospitalario se construyó en varias etapas, dando
soluciones circunstanciales de acuerdo con la necesidad del momento, por lo que las cámaras
de inspección están ubicadas inadecuadamente y con desniveles mínimos para las tuberías,
que en algún caso provocan taponamientos.
Se realizó un seguimiento a las diferentes líneas de alcantarillado provenientes de los diversos
servicios sanitarios para realizar un diseño adecuado de la conducción del agua residual al
reactor UASB ya que no existen planos de construcción del sistema.
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El Centro Educativo cuenta solamente con una batería de baños para hombres y mujeres, cada
uno con cuatro inodoros, un lavamanos además de un urinario en el baño de hombres, cuya
descarga se junta a una de las líneas provenientes del Centro Hospitalario, tal como indica la
Fig. 4.6.
Tubería proveniente del sector delavandería y del resto del Hospital
Tuberíaproveniente delos baños de la
Escuela
Tubería proveniente del quirófanodel Hospital
Tubería provenientedel Hospital
Pozo deabsorción
# 1
CENTROHOSPITALARIO
CE
NT
RO
ED
UC
AT
IVO
Límite del Centro Educativo
Calle
Pozo de absorción # 2
Can
cha
depo
rtiv
a
Pozoséptico
Fig. 4.6 Sistema de alcantarillado existente en el área del proyecto
4.2.2.1.3 Sistema de disposición del agua residual
Tanto el Hospital como el centro educativo cuentan con un sistema de tratamiento para sus
aguas residuales. Este sistema consiste de una fosa séptica para el Hospital y otra para el
Centro Educativo, que en la actualidad no cumple su función (paredes interiores
desmoronadas).
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Los efluentes son dirigidos hacia dos pozos de absorción que se encuentran ubicados cerca del
área recreativa del Centro Educativo, estos pozos de absorción tienen aproximadamente 3,5 m
de profundidad.
El sistema de alcantarillado descarga las aguas residuales (también las aguas residuales
pluviales) al primer pozo de absorción, transportándolas por tres vías separadas. Una de los
cuales proviene del bloque donde se encuentra la administración, el comedor y las salas de
odontología, enfermería y laboratorio; la otra vía proviene de la nueva sala del quirófano y la
última transporta el agua residual del área de gineco-obstetricia (Fig. 4.6).
En una primera etapa se excavó un pozo de forma circular (3 m de diámetro) de 3,5 m de
profundidad y un volumen de 11 m3 aproximadamente (paredes de mampostería de piedra).
Este pozo de absorción recibía la descarga de las aguas residuales generadas por el Centro
Hospitalario y por la Escuela. Como consecuencia de la impermeabilización de las paredes, su
poca profundidad y el aumento en el consumo de agua, el pozo ya no pudo abastecer la
demanda requerida teniendo que excavarse un segundo pozo (Fig. 4.6).
El nuevo pozo de forma cuadrada (segundo pozo de absorción de 56 m3 aproximadamente) se
construyó al lado del antiguo (primer pozo de absorción), con igual profundidad que el
primero.
Ambos pozos, con separación de 2 m, fueron conectados mediante tubería de cemento de 4”,
siendo el pozo nuevo el que recibía dos de las líneas provenientes del Centro Hospitalario y el
segundo pozo de absorción que recibía la línea proveniente del Centro Educativo y de la sala
de gineco-obstetricia.
Los pozos sépticos, al no cumplir ya su función, hacían que los residuos orgánicos que
pasaban a los pozos de absorción impermeabilizaran sus paredes. Esto sucedió hasta que ya no
tuvieron la capacidad de absorber el agua residual, comenzando a rebalsar esta por las
rajaduras de las paredes del segundo pozo de absorción, hacia la cancha deportiva de la
Escuela provocando un potencial foco de infección (Fotografía 4.2).
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Fotografía 4.2 Rebalse de los pozos de absorción
4.2.2.2 Diagrama de flujo del nuevo sistema de tratamiento
El lugar escogido para la construcción del reactor UASB se definió tomando en consideración
aspectos tales como: distancia a los pozos de absorción y a los Centros, desnivel y terreno
disponible y costos asociados (líneas de conducción del ARD). En la Fotografía 4.3 se observa
el lugar seleccionado, que corresponde al patio de la Escuela, cerca del Centro Hospitalario.
La planta de tratamiento consistirá de las siguientes estructuras:
➪ Sistema de alcantarillado para conducir el agua residual desde la Escuela y el Centro
Hospitalario al reactor UASB (en parte ya construido).
➪ Cámara desarenadora-homogeneizadora.
➪ Sistema de alimentación al reactor.
➪ Reactor UASB.
➪ Cámara de inspección (al lado del reactor UASB).
➪ Sistema de conducción del efluente a los pozos de absorción.
➪ Pozos de sedimentación primaria y secundaria (antes pozos de absorción).
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Fotografía 4.3 Ubicación para la construcción del reactor UASB.
El flujograma de la nueva planta de tratamiento de las aguas residuales del Centro Educativo
Boliviano Americano y del Centro Hospitalario “Orlando Taja” se muestra en la Fig. 4.7. Los
esquemas del nuevo sistema de tratamiento se presentan en las Fig. 4.8 y 4.9.
Líneas de alcantarilladode la Escuela y del área
de gineco-obstetricia delCentro Hospitalario
Líneas de alcantarilladode toda el área del Centro
Hospitalario
Cámaradesarenadora-
homogeneizadora
ReactorUASB
Pozo desedimentación-absorción # 1
Pozo desedimentación-absorción # 2
Sistema deinfiltración
Fig. 4.7 Flujograma del proceso de tratamiento de las aguas residuales
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Tubería de la Secciónde Maternidad
Baños de laEscuela
Pozo desedimentación-absorción # 1
Pozo de sedimentación-absorción # 2
Quirófano del Hospital
N
Tuberíaproveniente de otrosbloques del Hospital
Tubería bloqueada
Tube
ría b
loqu
eada
Tuberíaproveniente dela Lavanderíadel Hospital.
Tube
ría b
loqu
eada
Cámara de salida delefluente a infiltración
2da línea de infiltración (1.5m de profundidad)
Detalle del Reactor UASB
Reactor UASB4.5 m de
profundidad
Tubería de alimentaciónInterna
Tubería de salidadel efluente
Cámara deinspección(efluente)
Cámara para la llavede ingreso del afluente
Tubería de alimentaciónExterna
Cámara deinspección
5 m. deprofundidad
Tubería del sistema dealcantarillado del Hospital
Tubería hacia los pozosde sedimentación
by pass
Tubería del sistema dealcantarillado de la Escuela
Escalera
N
Cámaradesarenadora-
homogeneizadora
Fig. 4.8 Esquema del nuevo sistema de tratamiento de las aguas residuales
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4.2.3 Dimensionamiento de la infraestructura auxiliar
4.2.3.1 Construcción de las nuevas líneas de conducción del agua residual
Dadas las limitaciones existentes, falta de planos del alcantarillado, espacio reducido, poca
pendiente del terreno, se intentó aprovechar al máximo la infraestructura existente. Se
consideró también la flexibilidad del sistema para construir otras conexiones o realizar
desvíos, como resultado de esto se llegó a la distribución mostrada en la Fig. 4.8. Se
construyeron aproximadamente 25 metros lineales de alcantarillado.
4.2.3.2 Dimensionamiento de las cámaras de inspección
Las cámaras de inspección se diseñaron con una separación máxima de 8 m, con la finalidad
de realizar un mantenimiento adecuado. Se trabajó con el mínimo de pendiente recomendado
(1% según el Reglamento Nacional de Instalaciones Sanitarias Domiciliarias, 1994) por las
características del terreno.
Se construyeron 5 cámaras de inspección (50 cm × 50 cm), tres para la conducción del agua
residual del Centro Hospitalario, una cámara de inspección para la salida del efluente del
reactor UASB y una cámara de inspección previa a las líneas de infiltración (Fig. 4.8).
4.2.3.3 Diseño de la cámara desarenadora-homogeneizadora
Se diseñó una cámara desarenadora-homogeneizadora (Fig. 4.9, Fotografía 4.4) para retener
arena o sólidos con densidad mayor a la del agua y para homogeneizar el caudal y la carga
para evitar taponamientos antes de su ingreso al reactor. El nuevo sistema de alcantarillado
modificado transporta el agua residual proveniente de dos líneas: la primera proveniente del
bloque administrativo del Centro Hospitalario, quirófano, lavandería, área de las habitaciones
de los internos y del bloque de reuniones; la segunda proveniente del bloque de gineco-
obstetricia y de la Escuela (Fig. 4.8).
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Vista Superior Vista Lateral
Alcantarillado de laEscuela
Tubería de 4" PVC
Medidas en metros
0,230,32 0,360,38
0,540,32
Bypass
Alcantarillado de laEscuela
Alimentaciónal reactor UASB
0,66
Pared deLadrilloGambote
0,10
0,230,51
0,75
1,04 0,80
BypassTubería de 3"
PVCAlcantarillado delHospital
Tubería de 4" PVC
Alimentaciónexterior al reactor
UASBTubería de 2" PVC
Alimentacióninterior al reactor
UASBTubería de 2" PVC
Fig. 4.9 Esquema de la cámara desarenadora-homogeneizadora
Fotografía 4.4 Cámara desarenadora-homogeneizadora
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4.2.3.4 Diseño de la cámara de inspección
Se construyó una cámara de inspección (Fotografía 4.5) para el ingreso hacia los puntos de
muestreo que se instalaron a lo largo de la columna del reactor. Se instalaron 8 puntos de
muestreo cada 0,45 m, quedando un punto de muestreo en la cámara desarenadora-
homogeneizadora y otro en la superficie del reactor.
La cámara de inspección tiene 4,50 m de altura, está provista de una escalera metálica que
permite un acceso rápido y fácil hacia los puntos de muestreo.
Fotografía 4.5 Cámara de inspección del reactor UASB
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4.2.4 Diseño del reactor UASB
El criterio asumido para el diseño del reactor UASB, es que al trabajar con bajas cargas
orgánicas (ARD, DQO<1500 mg/l) la limitante del proceso es la carga hidráulica (Lettinga y
Hulshoff, 1995a; van Haandel y Lettinga, 1994 y Lettinga et. al. 1980).
La forma del reactor será cilíndrica (van Haandel, 1998; van Haandel y Lettinga, 1994). En el
Anexo V se presenta el diseño completo.
4.2.4.1 Análisis de los datos de temperatura del ambiente
Según van Haandel y Lettinga (1994) la temperatura es el factor ambiental de mayor
importancia en la digestión anaerobia de aguas residuales, dependiendo esta del clima de la
región; sin embargo, siempre tendrá un valor por debajo de la temperatura óptima para la
digestión anaerobia (30 a 35ºC).
De este modo el proceso es atractivo para regiones tropicales o subtropicales, donde la
temperatura del ARD no está por debajo de los 18ºC (Vieira, 1989). Como se puede ver en la
Fig. 4.5 las temperaturas promedio en la Ciudad de Cochabamba, corresponden a un clima de
tipo subtropical (Anexo IV).
Lettinga et. al. (1983) presentan una guía tentativa para la capacidad de diseño de Reactores
UASB en base a la temperatura (Tabla 2.10). Para nuestro caso con una temperatura entre 15 y
20ºC podemos trabajar en un rango de 2 a 10 Kg DQO/m3.d, siendo nuestra carga de diseño
1,05 Kg DQO/m3.d (Anexo V).
van Haandel y Lettinga (1994), demuestran que trabajando con aguas residuales diluidas, no
es práctico aprovechar el metano producido como combustible para calentar el afluente,
resultando una posibilidad atractiva construir el reactor bajo tierra para mantener una
temperatura constante y ligeramente mayor que la temperatura ambiente. Por tanto se decidió
construir el reactor UASB enterrado.
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4.2.4.2 Cálculo del volumen del reactor
El TRH depende de la temperatura y para el caso específico de Mallco Rancho, tal como se
observa en la Tabla A.5, oscila entre 15 y 20ºC. Definiéndose un TRH de 9 horas, (mayor a 4
h, valor recomendado por van Haandel, 1998 y Lettinga et. al., 1989). El volumen del reactor
se calcula de la siguiente forma:
Volumen del reactor (m3) = TRH medio (h) * Caudal medio (m3/h)
Siendo el caudal de diseño de 0,314 m3/h, se tiene un volumen de:
Volumen del reactor = 2,82 m3
4.2.4.3 Cálculo de la altura del reactor
El parámetro que limita la altura del reactor es la velocidad media del líquido que según van
Haandel (1998), normalmente no debe exceder el valor de 1 m/h, por tanto adoptando un
margen de seguridad se define en 0,50 m/h, valor escogido con el criterio de lograr una mayor
eficiencia global en el proceso de tratamiento, como puede verse en la Tabla 2.11.
La relación entre la velocidad ascencional del líquido y la altura del reactor UASB permiten
calcular la altura del reactor a partir de la ecuación 2.2:
TRHH
ATRHV
AQ v ra
l =×
==
Siendo el TRH = 9 h se tiene una altura de:
Altura del reactor = 4,50 m
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4.2.4.4 Diseño del separador GSL
El separador GSL (Fig. 4.10) ha sido diseñado de acuerdo a las guías tentativas (Tabla 2.14)
presentadas por Lettinga y Hulshoff (1995a).
Uno de los objetivos principales del separador es producir una zona de sedimentación, que
depende directamente del ángulo de inclinación de la campana, por tanto se escoge el ángulo
mayor de 60º. Otro criterio importante es la velocidad de flujo máxima permitida en la
abertura entre el reactor y el separador, que según Wildschut (1989a), no debe ser mayor a 6
m/h como máximo y preferiblemente 4 m/h como promedio.
0,08
0,88
0,075
0,075
1,03
0,84
0,65
0,05
60,00°
Campana defibra de vidrio
Tubería de 3" PVC
Punto de apoyo
Punto de limpieza
Punto paramedición de gas
Medidas en metros Fig. 4.10 Separador GSL
A partir de aquí y con el diámetro interno del reactor (0,89 m) se puede calcular las
dimensiones del separador. La Fig. 4.10 muestra las dimensiones del separador GSL
(Fotografía 4.6).
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La altura a la que se instala el separador depende del volumen de zona de sedimentación que
se quiere tener, para lo que algunos autores (van Haandel y Lettinga, 1998) sugieren un
volumen de sedimentación de 15 a 20 % del volumen útil del reactor.
Adoptando el criterio de un volumen de sedimentación de 20% del volumen útil del reactor
UASB (correspondiente a 0,56 m3), el separador GSL debe instalarse a 1,50 m por debajo del
nivel de agua, tal como se puede observar en la Fig. 4.11, considerando un valor máximo (caso
crítico) en la abertura entre la pared interior del reactor y el separador.
Fotografía 4.6 Separador GSL
El separador GSL se construyó de fibra de vidrio, conectando una tubería PVC sanitaria de 3”
para la salida del gas producido en la digestión anaerobia. Se sujeta al reactor UASB mediante
soportes de hierro (instalados al mismo tiempo del vaciado de la estructura de ferrocemento)
ubicados a la altura definida.
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0,47 m
1,50
Medidas en metros
0,84
0,15
0,15
Nivel de agua
Fig. 4.11 Posición del separador GSL dentro del reactor UASB
4.2.4.5 Diseño del sistema de alimentación y conducción del efluente
El sistema de alimentación diseñado (Fotografía 4.7) consiste de dos líneas de alimentación,
una que conduce el agua residual por el exterior del reactor, a través de la cámara de
inspección construida al lado del reactor y la otra que conduce el agua residual por dentro del
reactor. Este tipo de alimentación sirve para realizar mantenimiento de uno de los ingresos, sin
cortar la alimentación al reactor.
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Fotografía 4.7 Líneas de alimentación al reactor
La línea que ingresa por dentro del reactor es de tubería PVC sanitaria e-40 de 2” (material
escogido para evitar oxidación). Esta línea (Fig. 4.12 y 4.13) previo a su ingreso al reactor
puede ser regulada con una llave de paso (tipo globo).
Afluente
EfluenteAgua residual tratada
REACTOR UASB
Fig. 4.12 Detalle de la línea de alimentación al reactor y de la salida del efluente
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Nivel de agua
0,89
0,37
4,50
1,70
Deflector
Medidas en metros
0,445
4,53
Fig. 4.13 Línea interna de alimentación al reactor UASB
La línea que transporta la alimentación por la cámara de inspección (parte externa del reactor,
Fig. 4.14) es de tubería PVC sanitaria de 2”, no tiene llave de paso debido al tipo de material
utilizado. Este material fue escogido ya que esta línea no soportará algún tipo de influencia
externa fuerte. Una vez que el agua residual proveniente de ambas líneas se mezcla en la
cámara desarenadora-homogeneizadora, ingresa al reactor a través de una de las tuberías de
alimentación, mientras la otra es alternativa en caso de alguna contingencia. La línea interna
de alimentación es la utilizada en primera instancia.
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4,90
Nivel de agua 0,47 m
0,31
0,79 Tubería haciala cámara dealimentación
Medidas en metros
0,890,445
Fig. 4.14 Línea externa de alimentación al reactor UASB
La salida del efluente tratado del reactor, es conducida a una cámara de inspección (Fig. 4.8)
previo a su envío al pozo de sedimentación-absorción # 1. Esto con la finalidad de lograr una
mayor sedimentación a la lograda dentro del reactor UASB. Se ha instalado un bypass en
previsión a cualquier contingencia. Estas conexiones permiten lograr una mayor eficiencia
global del tratamiento, aprovechando a la vez la infraestructura existente. La configuración del
reactor UASB, según los parámetros definidos, es la siguiente Fig. 4.15.
CAPITULO IV DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL REACTOR UASB lxix __________________________________________________________________________________________________________________
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0,45 m
0,45 m
0,45 m
Nivel del terreno
Fig. 4.15 Esquema del reactor UASB
lxx DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL REACTOR UASB CAPITULO IV __________________________________________________________________________________________________________________
COCHABAMBA – BOLIVIA FCyT - UMSS
4.3 CONSTRUCCIÓN DEL REACTOR UASB Y DE LA INFRAESTRUCTURA
AUXILIAR
La etapa de construcción de la infraestructura auxiliar y del reactor UASB, puede presentarse
en la siguiente secuencia de etapas:
➪ Levantamiento topográfico en el área seleccionada para la construcción.
➪ Excavación del terreno para el emplazamiento del reactor.
➪ Recubrimiento con mampostería de las paredes internas de la excavación.
➪ Instalación de las anillas de cemento en el interior de la excavación.
➪ Fijación de la estructura de anillas mediante acumulación de grava en los intersticios entre
las anillas de cemento y la pared de mampostería.
➪ Construcción de las cámaras de inspección y de las nuevas líneas de alcantarillado.
➪ Instalación de la escalera de acceso a la cámara de inspección del reactor.
➪ Recubrimiento interior del reactor con una estructura de ferrocemento de 4 cm.
➪ Instalación de los puntos de muestreo a lo largo de la altura del reactor.
➪ Construcción de la cámara desarenadora-homogeneizadora.
➪ Instalación del sistema de alimentación, bypass y de conducción del efluente.
➪ Instalación de la tubería de conexión entre los pozos de sedimentación-absorción.
➪ Construcción del sistema de infiltración para el efluente del reactor UASB.
➪ Recubrimiento de la pared interior con pintura impermeabilizante.
➪ Construcción del borde superior del reactor e instalación de tapas metálicas.
4.3.1 Construcción de la infraestructura auxiliar
Las cámaras de inspección se construyeron con ladrillo gambote, recubiertas interiormente por
un enlucido de cemento, con una profundidad de 0,50 m. Las líneas de alcantarillado son de
tubería PVC sanitaria de 4”, instaladas con una pendiente de 1.5%.
CAPITULO IV DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL REACTOR UASB lxxi __________________________________________________________________________________________________________________
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La conducción del efluente del reactor UASB es mediante tubería PVC sanitaria de 3” hacia
una cámara de inspección previo al ingreso en el pozo de absorción-sedimentación # 1 (Fig.
4.8). El ingreso al pozo de absorción-sedimentación # 1 es mediante una tubería que penetra
hasta 2 m por debajo de la superficie del agua, con el fin de lograr una mayor sedimentación
debido al flujo ascendente que realizará el efluente. El efluente de este primer pozo pasa al
segundo pozo de absorción-sedimentación a través de una tubería PVC sanitaria de 4”, que
conecta ambos a una profundidad de 0,50 m por debajo del nivel del piso.
Con el fin de evitar filtración del agua residual hacia el exterior del reactor se utilizó pintura
impermeabilizante, de aplicación en piscinas. Para facilitar el acceso a los puntos de muestreo
se instaló una escalera metálica (Fotografía 4.8), se construyó también un reborde para evitar
el ingreso de agua en época de lluvias y se instalaron tapas metálicas para proteger de los
niños o personas curiosas y principalmente del ingreso de suciedad.
Posterior a la aplicación de la pintura impermeabilizante, se realizaron nuevamente pruebas de
estanqueidad llenando el reactor con agua potable para comprobar la impermeabilización de
las paredes interiores.
Fotografía 4.8 Vista superior del reactor UASB
lxxii DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL REACTOR UASB CAPITULO IV __________________________________________________________________________________________________________________
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4.3.2 Construcción del reactor UASB
La construcción del reactor se inició con los trabajos de excavación. Posteriormente se realizó
el recubrimiento interior de la excavación con mampostería de piedra. Se instalaron puntos de
drenaje a lo largo de la altura de la excavación, para drenar las aguas superficiales que por
efecto del aumento del nivel freático pueden provocar un empuje.
Las anillas de cemento utilizadas se construyeron con doble refuerzo interno, en comparación
con las disponibles en el mercado de la construcción, el tamaño de estas anillas es similar a las
disponibles comercialmente con un diámetro interno de 1 m. Se utilizaron 10 anillas para
alcanzar la altura definida, 6 de las cuales tienen doble refuerzo interior y han sido colocadas
en la parte inferior, donde soportan la mayor carga hidráulica. Las restantes han sido colocadas
en la parte superior ya que no soportarán mucha carga hidráulica.
El espacio libre entre las anillas y la pared de mampostería fue rellenado con grava (0,2 a 1
cm) para contrarrestar cualquier efecto por movimiento del terreno y para facilitar el drenaje
del agua subterránea.
Se utilizó una estructura de ferrocemento (Fotografía 4.9) para el recubrimiento interior de las
anillas, aplicándose una capa de 4 cm de grosor con mortero en las proporciones descritas por
Remington e Ibarra (1997). Esta estructura ha sido construida como una sola unidad, con el fin
de evitar algún tipo de rajadura por efecto de la unión. Para la construcción de la malla se
utilizó fierro de 3 mm y malla de gallinero, disponible comercialmente, para la envoltura de la
estructura.
CAPITULO IV DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL REACTOR UASB lxxiii __________________________________________________________________________________________________________________
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Fotografía 4.9 Estructura de ferrocemento utilizada en el reactor UASB
Los puntos de muestreo se instalaron aprovechando la unión entre anillas, consisten de una
tubería de ¾” para los 7 puntos de muestreo superiores (Fig. 4.16) y de 1” para el punto de
muestreo más bajo, esto con el fin de drenar lodo por este punto.
El largo de la tubería instalada en cada punto es de 0,60 m permitiendo que lleguen hasta el
punto medio del reactor. Se utilizaron llaves de paso y codos de PVC e-40 de las mismas
dimensiones que las tuberías (Fotografía 4.10).
Pare
d de
l rea
ctor
UA
SB
Tubería de 3/4" PVC
Llave de globo3/4" galvanizada
Fig. 4.16 Detalle de un punto de muestreo
lxxiv DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL REACTOR UASB CAPITULO IV __________________________________________________________________________________________________________________
COCHABAMBA – BOLIVIA FCyT - UMSS
El detalle de los puntos de muestreo es como sigue:
➪ Punto de muestreo 1: Cámara Desarenadora-Homogeneizadora.
➪ Punto de muestreo 2: Reactor UASB a 0,45 m de la base.
➪ Punto de muestreo 3: Reactor UASB a 0,90 m de la base.
➪ Punto de muestreo 4: Reactor UASB a 1,35 m de la base.
➪ Punto de muestreo 5: Reactor UASB a 1,80 m de la base.
➪ Punto de muestreo 6: Reactor UASB a 2,25 m de la base.
➪ Punto de muestreo 7: Reactor UASB a 2,70 m de la base.
➪ Punto de muestreo 8: Reactor UASB a 3,15 m de la base.
➪ Punto de muestreo 9: Reactor UASB a 3,60 m de la base.
➪ Punto de muestreo 10: Superficie del reactor UASB a 4,50 m de la base.
Fotografía 4.10 Puntos de muestreo instalados en el reactor UASB
Al realizar las primeras pruebas de estanqueidad en el reactor UASB, se detectaron fugas, por
lo que se aplicó un enlucido de cemento para eliminar este inconveniente (Anexo X).
CAPITULO IV DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL REACTOR UASB lxxv __________________________________________________________________________________________________________________
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CAPITULO IV DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL REACTOR UASB..............................................XLV
4.1 ESTUDIO DE LA ZONA DEL PROYECTO.............................................................................................XLV 4.1.1 Generalidades....................................................................................................................................... xlv 4.1.2 Localización de la zona del proyecto .................................................................................................. xlvi 4.1.3 Servicios públicos existentes en la zona ............................................................................................ xlviii
4.2 DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO.......................................................................................XLIX 4.2.1 Obtención de datos .............................................................................................................................. xlix
4.2.1.1 Temperatura del ambiente....................................................................................................................................l 4.2.1.2 Población de diseño ........................................................................................................................................... li 4.2.1.3 Medición de caudales de agua potable consumida y agua residual producida ................................................... li
4.2.2 Definición del diagrama de flujo del sistema de tratamiento .................................................................lii 4.2.2.1 Inspección sanitaria........................................................................................................................................... lii
4.2.2.1.1 Sistema de distribución de agua potable .................................................................................................... lii 4.2.2.1.2 Sistema de alcantarillado ........................................................................................................................... lii 4.2.2.1.3 Sistema de disposición del agua residual .................................................................................................. liii
4.2.2.2 Diagrama de flujo del nuevo sistema de tratamiento..........................................................................................lv 4.2.3 Dimensionamiento de la infraestructura auxiliar ............................................................................... lviii
4.2.3.1 Construcción de las nuevas líneas de conducción del agua residual .............................................................. lviii 4.2.3.2 Dimensionamiento de las cámaras de inspección........................................................................................... lviii 4.2.3.3 Diseño de la cámara desarenadora-homogeneizadora.................................................................................... lviii 4.2.3.4 Diseño de la cámara de inspección.....................................................................................................................lx
4.2.4 Diseño del reactor UASB ...................................................................................................................... lxi 4.2.4.1 Análisis de los datos de temperatura del ambiente........................................................................................... lxi 4.2.4.2 Cálculo del volumen del reactor...................................................................................................................... lxii 4.2.4.3 Cálculo de la altura del reactor........................................................................................................................ lxii 4.2.4.4 Diseño del separador GSL ............................................................................................................................. lxiii 4.2.4.5 Diseño del sistema de alimentación y conducción del efluente........................................................................lxv
4.3 CONSTRUCCIÓN DEL REACTOR UASB Y DE LA INFRAESTRUCTURA AUXILIAR ...................LXX 4.3.1 Construcción de la infraestructura auxiliar ......................................................................................... lxx 4.3.2 Construcción del reactor UASB ......................................................................................................... lxxii
Tabla 4.1 Resultados del análisis del agua residual................................................................................................... l
Fig. 4.1 Departamento de Cochabamba................................................................................................................. xlv Fig. 4.2 Provincia de Quillacollo con sus diferentes secciones ............................................................................xlvi Fig. 4.3 Ubicación geográfica de Mallco Rancho ...............................................................................................xlvii Fig. 4.4 Centro Hospitalario “Orlando Taja” y Centro Educativo Boliviano Americano ..................................xlviii Fig. 4.5 Temperaturas medias del ambiente Provincia Quillacollo, años 1997 y 1998 ............................................. l Fig. 4.6 Sistema de alcantarillado existente en el área del proyecto.......................................................................liii Fig. 4.7 Flujograma del proceso de tratamiento de las aguas residuales ................................................................ lvi Fig. 4.8 Esquema del nuevo sistema de tratamiento de las aguas residuales.........................................................lvii Fig. 4.9 Esquema de la cámara desarenadora-homogeneizadora ........................................................................... lix Fig. 4.10 Separador GSL......................................................................................................................................lxiii Fig. 4.11 Posición del separador GSL dentro del reactor UASB........................................................................... lxv Fig. 4.12 Detalle de la línea de alimentación al reactor y de la salida del efluente .............................................. lxvi Fig. 4.13 Línea interna de alimentación al reactor UASB................................................................................... lxvii Fig. 4.14 Línea externa de alimentación al reactor UASB .................................................................................lxviii Fig. 4.15 Esquema del reactor UASB................................................................................................................... lxix Fig. 4.16 Detalle de un punto de muestreo .........................................................................................................lxxiii Fotografía 4.1 Predios del Centro Hospitalario “Orlando Taja”...........................................................................xlix Fotografía 4.2 Rebalse de los pozos de absorción ................................................................................................... lv Fotografía 4.3 Ubicación para la construcción del reactor UASB.......................................................................... lvi Fotografía 4.4 Cámara desarenadora-homogeneizadora ........................................................................................ lix Fotografía 4.5 Cámara de inspección del reactor UASB......................................................................................... lx Fotografía 4.6 Separador GSL.............................................................................................................................. lxiv
lxxvi DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL REACTOR UASB CAPITULO IV __________________________________________________________________________________________________________________
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Fotografía 4.7 Líneas de alimentación al reactor.................................................................................................. lxvi Fotografía 4.8 Vista superior del reactor UASB .................................................................................................. lxxi Fotografía 4.9 Estructura de ferrocemento utilizada en el reactor UASB ..........................................................lxxiii Fotografía 4.10 Puntos de muestreo instalados en el reactor UASB .................................................................. lxxiv